SKLO, SKLÁŘSKÁ TECHNOLOGIE A VÝROBA SKLA Souhrn znalostí pro vzdělávací program FOUKAČ SKLA
OBSAH
1
2
3
4
5
SKLO ............................................................................................................................. 4 1.1
Materiály ................................................................................................................. 4
1.2
Druhy skla ............................................................................................................... 5
1.3
Chemické a fyzikální vlastnosti skla....................................................................... 6
1.4
Výroba skla a zpracování ........................................................................................ 6
1.4.1
Chemická výroba a zpracování skla ................................................................ 6
1.4.2
Technická výroba a zpracování skla ................................................................ 6
ZPŮSOB přípravy kmene (Kmenárna) ......................................................................... 7 2.1
POPIS KMENÁRNY ............................................................................................. 7
2.2
Materiály a střepy ................................................................................................... 7
Pec na tavení skla .......................................................................................................... 8 3.1
Chemický proces tavení............................................................................................ 8
3.2
Fyzikální procesy v tavicí peci ................................................................................ 9
3.3
Silo a dávkovač....................................................................................................... 10
3.4
Tavicí prostor .......................................................................................................... 10
3.5
Teplotní režim – nastavení hořáků ........................................................................ 11
3.6
Pracovní stanice ..................................................................................................... 11
3.7
Rekuperátor ........................................................................................................... 11
3.8
Chlazení ................................................................................................................. 11
3.9
KP1, KP2 a KP3 .................................................................................................... 12
3.10
Keramické pece ................................................................................................... 12
3.11
Elektrická pec ...................................................................................................... 12
Výroba skleněných výrobků ........................................................................................ 12 4.1
Ruční výroba ......................................................................................................... 12
4.2
Vakuový naběrač .................................................................................................. 13
4.3
Automatizovaná výroba ........................................................................................ 14
4.3.1
Foukací stroj .................................................................................................. 14
4.3.2
Stonkolis ........................................................................................................ 15
4.3.3
Naběrač skla – ROB 3 ................................................................................... 16
ZAŘÍZENÍ NA CHLAZENÍ SKLA – CHLADICÍ PECE .......................................... 17 5.1
CHLADÍCÍ PECE................................................................................................. 17
5.2
Kontrola chladicího procesu ................................................................................. 19
6
KONTROLA KVALITY ............................................................................................ 20 6.1
Definice kvality..................................................................................................... 20
6.2
Charakteristiky ...................................................................................................... 20
6.2.1
Kvalita skla .................................................................................................... 21
6.2.2
Tvar a rozměry výrobku ................................................................................ 23
TABULKY Tabulka 1: Názvy surovin...................................................................................................... 7
1 SKLO Sklo je tvrdá syntetická látka, která vzniká ochlazením skloviny a která má amorfní (nekrystalickou) pevnou strukturu (Bek 2008, 20). Sklo vzniká tavením oxidu křemičitého a dalších slitin oxidů; je tvrdé a křehké při pokojové teplotě.
1.1 Materiály Suroviny na výrobu skla mají obvykle podobu solí/ mají solnou strukturu, která se rozpadá při tavicí teplotě. Rozdělujeme je do dvou velkých skupin: -
základní materiály (sklotvorné suroviny, taviva, stabilizátory) a
-
pomocné materiály (čeřiva, barviva, odbarviva, opálové sklo a urychlovače tavení)
Základní materiály pro výrobu skla jsou: křemičitý písek (oxid křemičitý (SiO2)) soda (uhličitan sodný (Na2CO3)) vápenec (uhličitan vápenatý (CaCO3)) potaš (uhličitan draselný (K2CO3)) dolomit (uhličitan hořečnatovápenatý (MgCa(CO3)2)) skleněné střepy tvoří 25-30% celé směsi a musí mít určitou velikost; skleněné střepy nesmí být příliš veliké ani příliš malé, jinak ztíží průběh čeření Pomocné materiály přidávané do základních materiálů: Materiály na odbarvování skla a čeření skloviny (oxid hořečnatý) Materiály na barvení jsou oxidy kovů Materiály na zakalování skla (titan a oxid zirkoničitý)
4
Aby mohl být materiál použit jako přísada pro určitý technologický proces, musí splňovat následující podmínky (Bek 2008, 22): -
musí obsahovat vysoké procento sloučenin, které se spolupodílí na složení nově vzniklé hmoty
-
musí mít neměnné chemické složení
-
musí obsahovat nejnižší možné množství nečistot, které by mohly poškodit kvalitu výrobku nebo ztížit výrobní proces
-
zásoby musí být dostatečně velké, aby umožňovaly nepřetržitou výrobu na dlouhé časové období
-
výše ceny musí zajistit ziskovou výrobu
Materiály na sklo musí mít vhodnou zrnitost 0,1 – 0,3 mm.
1.2 Druhy skla Známe sodné, křemenné, olovnaté, borokřemičité a draselné druhy skla. Sodné sklo je běžné sklo, které je většinou používáno na výrobu sklenic, lahví a plochého skla. Snadno se taví a měkne při teplotě od 500 do 600 °C. Křemenné sklo je používáno na halogenové žárovky a fluorescenční mikroskopy. Je vyráběno bez dalších přísad. Má velmi nízký koeficient pružnosti, což znamená, že se neláme při velkých teplotních rozdílech. Olovnaté sklo je používáno na optiku. Nesnadno se taví. Borokřemičité sklo se používá v laboratořích a domácnostech, protože je odolné vůči změnám teploty a chemikáliím. Draselné sklo je používáno na výrobu zkumavek pod názvem „české křišťálové sklo“ a „korunové sklo“ na optické přístroje. Není snadné je tavit, protože jeho tavicí teplota je 700 – 800 °C.
5
1.3 Chemické a fyzikální vlastnosti skla Amorfní (nekrystalické) materiály jako sklo nemají žádnou dlouhodobou přechodovou periodicitu a mají velmi krátkodobé uspořádání (přechlazená kapalina). Proto jejich bod tání není stálý a k jejich měknutí dochází při větších teplotních rozmezích. Bod tání skla je mezi 500 °C a 1650 °C a je závislý na jeho složení. Sklo je možné tvarovat použitím nejrůznějších technik jako je foukání, válcování, tažení a lití. Sklo je hygienické protože nepřejímá příchuť svého obsahu. Také nemá žádný zápach; jeho povrch je hladký a snadno omyvatelný. Sklo také nepropouští plyn. Je pružné při malé zátěži, zatímco pod velkou zátěží praská. Sklo působí jako izolátor a není dobrým vodičem tepla. Je odolné téměř vůči všem chemickým vlivům.
1.4 Výroba skla a zpracování 1.4.1 Chemická výroba a zpracování skla Hlavní složkou skla je křemen, známý také jako oxid křemičitý (SiO2). Písek působí jako základ skla tím, že vytváří síť za pomoci barvících oxidů. Kvůli barvícím vlastnostem barvících oxidů může písek obsahovat pouze 0,01 – 0,03% oxidu železa. Křemen je hlavní složkou téměř všech druhů skla a dává sklu jeho základní vlastnosti a strukturu. Pro dosažení levnější výroby skla se písek mísí s přísadami jako je soda (Na3CO3). Tím se sníží vysoký bod tání křemene. Vápenec (CaCO3) je přidáván do písku a sody pro zvýšení celistvosti struktury a chemické odolnosti. 1.4.2 Technická výroba a zpracování skla Střepy jsou přidávány do najemno rozdrcených materiálů v množství v rozmezí od 20 50%. Tato směs je poté roztavena v peci generátorovým plynem. Tento tavicí proces je velice důležitý pro pozdější čirost skla.
6
Po sintrování – tzn. spékání a vytváření materiálu, jež způsobuje tvoření plynů, se směs stane nehomogenní hmotou plnou bublin. Bubliny zmizí během čeřicího procesu. Na konci je sklovina zchlazena přibližně na 1100°C, čímž se stane pevnější a umožní se tak její další zpracování.
2 ZPŮSOB přípravy kmene (Kmenárna) 2.1 POPIS KMENÁRNY Kmenárna je zařízení na uchovávání a přípravu skelné směsi. Skládá se z velkých (15 nebo 24 m3) nebo malých (7 m3) sil. Tato sila mají kuželovitý tvar a trubici připevněnou na dně. V této trubici je šnek nebo setřásač pro dopravu směsi směrem k váhám. Pod sily se nacházejí 3 váhy (nejmenší má kapacitu 24kg, největší 500kg) a pět dávkovačů (mohou dávkovat z jedné váhy do rozdílných dávkovačů a tím zajistit přesnost). Dávkovače jsou vyprazdňovány do míchacího zařízení, které je následně vyprazdňováno do kovových nádob o kapacitě 500kg. Kovové nádoby slouží k přepravení směsi do tavicích pecí. Tento proces je plně automatizovaný, ale může být řízen i manuálně v případě poruchy.
2.2 Materiály a střepy Tabulka 1: Názvy surovin Název
Vzorec
Původní název
SiO2
oxid křemičitý
křemičitý písek
PbO
oxid olovnatý
klejt
K2CO3
uhličitan draselný
potaš
Na2CO3
uhličitan sodný
soda
KNO3
dusičnan draselný
ledek
Sb2O3
oxid antimonitý
BaCO3
uhličitan barnatý
ZnO
oxid zinečnatý
Na2B4O7 * 5H2O
pentahydrát
tetraboritanu borax
sodného
7
CaCO3
uhličitan vápenatý
Na2SO4
síran sodný
kalcit
Suroviny se mohou dělit různými způsoby. Jedním z nich je toto rozdělení: 1. Základní materiály; zahrnují látky, které utvářejí sklo (písek) a materiály, které umožňují tavení při nižších teplotách a zajišťují stabilitu skla. 2. Materiály na čeření skla; jejich úlohou je odstranění všech plynových bublin ze skloviny a v průběhu míchání homogenizovat sklovinu. (dosáhnout stejnorodosti) 3. Materiály na odbarvení skla; jsou materiály používané k odstranění zabarvení skla způsobeného kovovými látkami, které dodávají sklu modrý nebo zelený odstín. Je využíván chemický nebo fyzikální postup. Fyzikální odbarvování používá komplementární barvy. Zelený odstín, způsobený oxidem železa, se neutralizuje přidáváním oxidů, které vytvářejí červené, modré a fialové odstíny. Tímto postupem se sklo stane bezbarvým. Hlavním zdrojem železa jsou skleněné střepy, které jsou kontaminovány železem během přepravy z kmenárny do pece nebo během drcení v drtírnách skla. Chrom je největším problémem týkajícím se zabarvování skla, protože i ve velmi malém množství silně zabarvuje sklo. Není možné jej odstranit ani magnety, které se používají na odstranění železa z rozdrceného skla. Zdrojem chromu mohou být sklářské formy.
3 Pec na tavení skla 3.1 Chemický proces tavení Tavicí postup může být rozdělen do několika fází: 1. Úprava oxidu křemíku; teploty od 00 – 400°C, odpaření vody (vlhkost ve směsi, voda vázaná v krystalech), rozpad uhličitanů a sulfátů, chemická reakce alkalických látek s křemičitým pískem. Z práškové směsi se stane neprůhledná, slinutá hmota, která vypadá jako tvrdá pěna 2. Tvorba skla: teploty od 1100 - 1200°C, křemík se úplně roztaví, zbytky písku, u kterých nedošlo k reakci, se rozpadají. Tento proces zabere 60 – 70% tavicího času;
8
každé zvýšení teploty zkracuje tento proces; materiály na urychlení tavení se rozpadají na plyn, který se mísí se sklovinou. 3. Čeření skla; k procesu odstraňování plynových bublin dochází při teplotách 1400 1500°C; bubliny jsou výsledkem vzduchu nacházejícího se ve sklovině, oxid uhličitý, oxid siřičitý, kyslík, dusík, a voda se vypaří; čím větší jsou bubliny a čím tekutější je sklo, tím je snazší čeření skla; další důležití činitelé v tomto stadiu jsou teplota, délka trvání, mísení a přísady. 4. Tvorba skla; dochází k němu během čeření; důležitými faktory tohoto procesu jsou teplota a odstraňování bublin. 5. Sklovina musí být ochlazena na teplotu umožňující další zpracování; musí být ochlazována postupně, aby se zabránilo rozkladu plynu. Sklovina musí být řádně promíchána, aby byla dostatečně homogenní (bez šlír). 3.2
Fyzikální procesy v tavicí peci
Vedle chemických reakcí je pro vznik skla nutná také řada fyzikálních procesů. Nakladač kmene zásobuje pece (vanové agregáty) stálými proudy směsi, po zpracování je sklovina nabírána na pracovních stanicích. Mezi těmito dvěma procesy dochází k neustálému proudění skloviny způsobenému rozdíly ve váze skloviny a teplotními rozdíly v různých částech pece. Nejvyšší teplota (rosný bod) a pohyb proudů závisí na teplotní křivce v peci. Plynové vanové pece jsou otápěny zemním plynem prostřednictvím hořáků. Nejvyšší teplotní intenzita je v oblasti plamene. Z toho důvodu je nutné, aby byl plamen co nejkratší a tím se zajistila krátká doba spalování, vyšší teplota a lepší přestup tepla. Je-li plamen příliš dlouhý, mohou být poškozeny stěny pece. Aby se zabránilo kontaktu mezi různými plameny, protilehlé hořáky se posunují. Plamen nesmí být nasměrován směrem ke sklovině. Prášková směs špatně vede teplo, její povrch je pokryt vrstvou skloviny, zatímco je zpomaleno ohřívání jejího středu. Během nadále trvajícího působení tepla začne sklovina lépe vést teplo a zvětší svůj objem. Na povrchu skloviny začne docházet k pohybu způsobenému vyšší teplotou. Ke konci procesu se na povrchu skloviny začne vytvářet pěna, která se rozpadne při vyšších teplotách a tím se ukončí tavicí proces. Následuje proces čeření s nejvyšší teplotou během celého procesu. Současně také dochází k procesu homogenizace, který zajistí stejnorodost skloviny.
Na pracovních stanicích musí být
9
sklovina řádně ochlazena. Toho je dosaženo použitím míchadel, aby se tak zabránilo vytváření nových proudů, které by narušily distribuci tepla. 3.3 Silo a dávkovač V silu musí být zachována stále stejná hladina směsi, aby se zabránilo rozvrstvení. Mělo by být tepelně izolované, aby se tak zamezilo vlivu teploty z pece, která by mohla způsobit reakci směsi v silu. Setřásač je umístěn pod silem, aby dávkoval do kuželovité nálevky dávkovače. Tato nálevka má zařízení na měření úrovně směsi, které signalizuje setřásači potřebu dodání další směsi do nálevky. Pod nálevkou se nachází hydraulický válec na posouvání směsi na lžíci (žáruvzdorná deska, která spojuje dávkovač s pecí). Pomocí regulace rychlosti a proměnlivých výkyvů hydraulického válce je možné měnit množství směsi dodávané do pece. Hydraulický válec je spojen se zařízením pro měření hladiny skloviny, které vysílá signál reagující na výkyvy hladiny skloviny. Pokud je hladina příliš nízká, posune hydraulický válec směs nastavenou rychlostí a zastaví se, když je dosaženo požadované hladiny. Dávkovací lžíce je chlazena měkkou vodou; v případě výpadku elektrické energie může být ochlazována vodou z kohoutku. Dávkovací nálevka se může ucpat z důvodu vlhké směsi nebo velkých kusů střepů. Dávkování může být ovládáno ručně. 3.4
Tavicí prostor
Kobercová vrstva směsi je neroztavená směs u otvoru do pece. (vedle dávkovače). Aby byly zajištěny nejlepší podmínky tavení, musí být koberec tenký a mít stejnou šířku jako je šířka celé pece. Toho je dosaženo přidáním studené směsi, která způsobí pomalejší tavení směsi a zajistí lepší kvalitu skla. Kobercová vrstva se nevytvoří, pokud je teplota příliš vysoká nebo pokud není odběr skloviny dostatečný. Pokud je koberec příliš dlouhý nebo krátký, znamená to, že dochází k výkyvům funkčnosti pece.
10
3.5
Teplotní režim – nastavení hořáků
Sklovina se musí ohřát na tavicí a čeřicí (nejvyšší) teplotu a poté musí být pomalu ochlazována na pracovní teplotu. Rozložení teploty v peci je regulováno nastavením hořáků. Palivem, používaným na provoz hořáků, je zemní plyn, protože má nízký ekologický dopad. 3.6 Pracovní stanice Sklovina se dostává do pracovních stanic. Průtok fyzicky odděluje tavicí prostor od pracovních stanic, umožňuje ochlazování skloviny a zároveň umožňuje pohyb proudů v obou směrech. Pece se rozlišují podle počtu pracovních stanic a jejich velikosti. 3.7
Rekuperátor
Vedle pece jsou dva rekuperátory. Jejich úlohou je odtah kouře z tavicího prostoru směrem odshora dolů. Tímto způsobem se převádí horký vzduch, který proudí stejným směrem. (pohyb opačným směrem by příliš ohřál vršek rekuperátoru, což by zvýšilo nároky na kvalitu stavebního materiálu rekuperátoru, a tím by se zvýšily náklady, nicméně by to ale zvýšilo efektivitu). Teplota odváděných plynů je přibližně 1400°C. 3.8
Chlazení
Je instalován vodní chladicí systém a vzduchový chladicí systém. Vodní chladicí systém je uzavřený obvod a používá měkkou vodu. Používá se na ochlazování dávkovací lžíce, odtokového otvoru, agitátorů a systému na měření hladiny. Vzduch se používá na chlazení stěn vedle dávkovače a na chlazení dna a stěn tavicího prostoru.
11
3.9
KP1, KP2 a KP3
Všechny zmíněné informace se týkají plynových pecí. Všechny tři pece jsou kontinuální vanové pece. Jako palivo využívají zemní plyn. Sklovina se v nich pohybuje díky proudům způsobeným teplotními rozdíly.
3.10
Keramické pece
V keramických pecích dochází ke zpracování po dávkách. Tavicí proces je také jiný ve srovnání s procesem v kontinuálních pecích; míchaní se provádí mechanicky.
3.11
Elektrická pec
U tohoto typu pece jsou chemické reakce při produkci skla stejné jako u plynových pecí; jediný rozdíl, ve srovnání s plynovými pecemi, je v tavicím procesu. K tavení zde dochází ve vertikálním směru oproti horizontálnímu procesu v plynové peci. Odpařovací proces je mnohem pomalejší než v plynových pecích. Elektricky ohřívané pece a kanály využívají uvolněné teplo na bázi Jouleova efektu. Toho je dosaženo ponořením elektrod přímo do skloviny. Sklo reaguje jako nosič, elektrický proud způsobí zvýšení teploty, což má za následek tavení a čeření směsi.
4 4.1
VÝROBA SKLENĚNÝCH VÝROBKŮ Ruční výroba
Sklářská píšťala: čistota (žádné zbytky skla na píšťale), pokud praskne, úlomky mohou spadnout do pracovní stanice a ve výrobku se objeví bubliny. Čistota píšťaly: Pokud se dostane do skloviny kousek rzi, objeví se ve skle na konci píšťaly bubliny a skvrny. Píšťala musí být řádně připravena (což zahrnuje ohřívání a oklepávání píšťaly jednou týdně); obvykle nenastávají problémy při pravidelném používání píšťaly. Pracovní šamotový kroužek v pracovním otvoru: musí být správně umístěn a jeho životnost musí být sledována, aby se zabránilo rozpadnutí šamotu v místě, kde se píšťala, pokrytá skleněnou hmotou, točí.
12
Úhel nabírání skla: nesprávný úhel nabírání skla může způsobit nahromadění podlouhlých bublin ve výrobku; často u pánvových pecí, protože hladina skla má tendenci kolísat během směny (řešením je odstupňovaný šamotový kroužek). Ve vanových pecích by mělo být zabráněno nesprávnému hromadění skla konstrukčním nastavením pracovního otvoru. Pokud je pracovní stanice velká a míchadlo příliš malé, dochází k vytvoření většího, nepohybujícího se pásu skelné taveniny; to se dá vyřešit zvýšením hladiny (sklo proudí jímkami a tím čistí povrch) nebo šamotovým kroužkem (což je specializací CF2: nesprávný úhel nabírání skla je fyzicky znemožněn). Výroba korálků: vznik bublin, způsobený nesprávným nahromaděním; špinavé dlaždice nebo nečistý chladicí vzduch. Vytváření kalíškoviny: správně nahřátý mastek, aby se spodní část nepošpinila; to stejné platí pro dřevěné a hliníkové nůžky. Hořáky pro dodatečné ohřívání a plynový truml na velké kusy a láhve: plamen s příliš nízkým obsahem kyslíku způsobuje výpotek olova v křišťálovém skle; plamen s příliš velkým obsahem kyslíku zvyšuje teplotu, která způsobuje místní přehřívání skla, a tím vytváří vhodné podmínky pro krystalizaci, která vytváří skvrny ve skle. Pokud je teplota příliš vysoká, způsobuje znečištění; vhodný teplotní režim, spalování a čistota místa jsou rozhodující. 4.2
Vakuový naběrač
Nahromadění žlutého prášku v baňce píšťaly způsobuje viditelné skvrny ve výrobku po vyleštění. Netěsnost v oblasti odřezávacího zařízení a víka, mechanická nebo tepelná deformace a opotřebení – to vše způsobuje malé bubliny. Příliš malé nebo velké vakuum, vniknutí vzduchu mezi pánev a nůžky (špatné utěsnění), absorbování chladící vody, nedostatečná doba odsávání, nesprávná funkce vakuového ventilu – mají za následek velké bubliny.
13
Ponoření vakuového naběrače v místě, kam se před tím dostalo odříznuté sklo. Konec skleněného jazyka mezi vakuovou hlavou a sklovinou se dostane na povrch skloviny po odřezávání, což způsobí malé bubliny. Části nože s malým průměrem způsobí řetězec malých bublin. Nadměrná lubrikace odřezávacího zařízení (nadměrné používání WD 40). Olej ve stlačeném vzduchu na chlazení a čištění.
4.3
Automatizovaná výroba
Následují popisy tří způsobů automatického tvarování skla: foukací sklářský stroj, stonkolis a automatický naběrač skla. 4.3.1 Foukací stroj Kapka skloviny přitéká z odběrového místa („dávkovač“) a je z ní vytvarována destička pomocí předformy a razníku. Výběr nástrojů závisí na váze výrobku (300 - 1000 g), tloušťce stěn a dýnku výrobku; počtu střihů a propojení mezi strojem a místem odběru z pece. Odpružená stanice přemístí skleněnou destičku z předformy na pracovní stůl. Pracovní kroužek je upevněn k horní části a po určité době vyvíjí tlak na destičku směrem ke spodnímu kroužku, a tím dochází k předtvarování. Stroj se otáčí a výroba probíhá v následujících fázích: předfoukání, chlazení, uzavření forem, ventilování, konečné formování, přilepení, ofouknutí, otevření forem, chlazení, vytažení a přepravení do chladicí komory. Předfouknutí vytvoří z destičky skleněný válec; odčerpáním je vzduch z válce odstraněn, čímž se zúží vnitřek válce. Foukáním je sklo pomalu formováno; profukování je silnější než odpovídající foukání skla. Formy na tvarování skleněného zboží jsou vyrobeny ze sklářské litiny (šedé litiny s přidaným uhlíkem a dalšími potahovými vrstvami). Před použitím jsou formy nahřívány v měkké vodě na teplotu 80°C, aby se urychlilo dosažení požadované kvality výrobků. Trvanlivost vrstev je jedna až dvě hodiny v závislosti na výrobku. Před tím, než jsou formy uzavřeny, se zchladí měkkou vodou s přidaným čisticím prostředkem.
14
Měkká voda z uzavřeného chladicího systému je používána na ochlazování předforem a razníku. V případě zvýšené tvrdosti vody se začne vytvářet vodní kámen, který působí jako tepelný izolátor, což má vliv na kvalitu výrobku. Dýnko výrobku je zahříván plynem za účelem slepení se stonkem (ze stonkolisu). Koordinace všech pozic ve foukacím stroji je založena na zkušenostech se sklovinou, druhem výrobku a vytažením z pece. 4.3.2 Stonkolis 80 mm pod hladinou skloviny je v komoře platinová trubice, kterou proudí sklo do trysky; její rozměry závisí na hmotnosti výrobku (80 - 300 g) a rychlosti stroje. Sklovina proudí skrze trysku do nosiče desky, řízení hmotnosti je automatické. Po nalití následuje odříznutí skloviny; stroj zaujme pozici pod kompresním středem a kroužkem. Forma se uzavře, podepře pracovní stůl a podstavec je vtlačen do formy. Razník a kroužek stlačí pod určitým tlakem (nastaveným podle skla a výrobku) nosič desky a formu a vytlačí výrobek. Stlačení trvá po určitý nastavený čas, aby se zabránilo deformaci výrobku. Formy jsou zahřívány za použití plynu na provozní teplotu 320-480°C. K další fázi dochází po stlačení, a to za pomoci stlačeného vzduchu, který je závislý na skle, výrobku a rychlosti stroje. Vzduch o tlaku 6 barů proudí mezi výrobkem a formou, aby se sklo ochladilo a zachoval se tak tvar výrobku. Dále následuje zapálení směsí vodíku a kyslíku, které zakulatí hranu desky a řez, vzniklý nůžkami. Poté se formy otevřou a výrobky se chladí ze tří pozic stlačeným vzduchem nebo ventilátorem a poté jsou vytaženy ze stroje.
Poslední fází je opětovné ohřátí a uzavření forem před naléváním skla. Formy jsou vyrobeny z nerezové oceli, aby se neznečišťovaly. Předehřívají se na provozní teplotu 400°C.
15
4.3.3 Naběrač skla – ROB 3 Naběrač skla ROB-3 se používá na shromažďování 300-4000g skloviny, sklovina se shromažďuje na keramických nabíracích koulích o průměru 70 -180 mm; pro nabírání mohou být také použity nabírací kovové koule, pokryté šamotem. Nabírací koule je připevněna k rámu, díky kterému se přenáší otáčky a naklonění, potřebné pro nahromadění skloviny. Naběrač skloviny má tři motory, které pohybují ramenem a koulemi ve směru požadovaných pozic: hlavní stanoviště, vedlejší stanoviště a úhlové stanoviště. Pokud je úhel nastaven na téměř 0°, vedlejší stanoviště se přemístí do stejné polohy jako hlavní stanoviště a jejich hodnoty se sčítají. Pokud je úhel větší (90°), vedlejší stanoviště se posune do vertikální polohy a je označováno jako „zvedák”. Vedle tří motorů pro pohyb má robot také motor na kontrolu rotační rychlosti nabírací koule. Žádoucí hmotnosti a tvaru kapky je dosaženo díky optimální naběrací kouli, teplotě skloviny a správným nastavením pohybů a rotací v jednotlivých pozicích. ROB-3 má následující programovatelné provozní pozice: ● na pracovním stanovišti: základní pozice, ponoření koule, zvednutí koule, oddělení od skloviny ● mimo pracovní stanoviště: úhlová pozice, otáčení a zastavení, pohyb směrem k formě, pohyb dopředu, pohyb směrem dolů, pohyb směrem ke sklářským nůžkám, (stříhání nad formou), speciální prvek, pohyb směrem k nůžkám (nad výlevkou), rohová pozice. Je nutné určit souřadnice při programování pro každou pozici: pro hlavní stojan, vedlejší stojan, mezery, úhel, otáčení a různé bezpečnostní aktualizace. Naběrač skla zásobuje hydraulický lis sklovinou (automaticky nebo ručně) nebo může plnit odstředivku nebo „Itala'' (plnicí hydraulický lis).
16
Když přepraví robot kapku skloviny do formy, nůžky sklovinu odstřihnou a po určitém nastaveném čase se lis natočí do polohy pro lisování. Při tomto procesu můžeme nastavit délku trvání a sílu tlaku při lisování a také ukončení lisování. Když je lisování dokončeno, otočí se lis na další pozici, kde je výrobek ochlazen, pokud je to nutné. Zároveň je další forma v lisu umístěna do pozice nalévání skloviny. Mimo těchto pozic existuje také pozice vytažení. Za pomoci zařízení na vakuové vyjímání je výrobek vyňat z formy. Když je výrobek vyňat z formy, je přepraven na běžícím pásu do přístroje na zapalování a odtud je transportován do komorové chladicí pece. Vedle naběrače ROB-3 je také používán naběrač ROB-4; rozdíl mezi nimi je takový, že ROB-4 má kapacitu zásobovat dva stroje najednou, což má za následek větší množství výrobků, a pohyb ve směrech všech tří ramen. Navíc má ROG-4 doplňkové programy na výměnu naběrací koule, lití skloviny na dno a další zdokonalené prvky.
5
ZAŘÍZENÍ NA CHLAZENÍ SKLA – CHLADICÍ PECE
5.1 CHLADÍCÍ PECE Když je skleněný výrobek dokončen a začíná chladnout, vytvoří se na jeho povrchu teplotní rozdíly, protože celý povrch výrobku nechladne rovnoměrně. Nejdříve se povrch rychle ochladí a smrští, přičemž tomu zároveň brání teplejší vnitřek. Později, když začne chladnout vnitřek výrobku, jeho tendenci smrštit se zabraňuje již chladný vnějšek. Proto dochází k pnutí ve výrobku, které může způsobit náhlé prasknutí výrobku již v chladicí peci nebo po vybroušení či leštění. K čemu dochází během chladnutí skleněných výrobků, může být vysvětleno následujícím způsobem: Když je sklo horké, jeho částice jsou dostatečně pružné a mohou se proto mezi sebou mísit. Pokud je sklo teplé dostatečně dlouhou dobu, mají částice dostatek času se uspořádat tím nejvhodnějším způsobem, který zajistí co největší pevnost samotného skla. Částice nemají možnost se samy uspořádat na patřičných místech, pokud je skleněný výrobek rychle zchlazen. Proto struktura skla „zmrzne“. Dochází k pnutí, způsobenému narušením potřebného uspořádání struktury. Během chladicího procesu musíme ohřát
17
skleněný výrobek na dostatečně vysokou teplotu, která způsobí pružnost, a poskytnout výrobku dostatek času, aby se mohly jeho částice přemístit na určená místa. Problému s pnutím je možno se vyhnout vhodným chlazením (řízené chlazení). K tomu by mělo docházet tak pomalu, jak je možné, aby se teplota sjednotila v celém výrobku. Tento proces je samozřejmě spojen s ekonomickou efektivností, která nás nutí ke kompromisu mezi pomalejším chlazením, abychom zmírnili pnutí, které by mohlo způsobit prasknutí výrobku, a rychlejším procesem chlazení, abychom zvýšili výrobu. Výrobky mohou být chlazeny v (tunelových pásových) chladicích pecích, kde se pohybují na pásu nebo v komorových chladicích pecích (jako je tamprovna, která se používá pro výrobky, které potřebují delší dobu na patřičné chlazení). V obou případech musí být vytvořeny patřičné teplotní režimy. Závisí na složení skla, tloušťce stěn a rozdílnosti tloušťky jednotlivých částí výrobku. Složení skla poskytuje informaci o teplotách pro pomalé chlazení skla a znalost jeho tloušťky slouží k vypočítání rychlosti chlazení (což je rychlost pásu v pásových chladicích pecích, a doba setrvání u komorových). Výrobek musí být nejdříve ohřát na horní chladicí teplotu a poté udržován při této teplotě přibližně 15 minut, poté je pomalu ochlazován při vhodném teplotním rozmezí, výrobek může být ochlazen rychleji pod teplotním bodem pnutí, aniž by hrozilo poškození způsobené pnutím. Nejdůležitějšími částmi křivky chlazení jsou rozmezí maximální teploty a rozmezí pomalého chlazení. Obvykle se teplota v pásové chladicí peci nemění v závislosti na druhu výrobku; jediné, co se mění, je doba chlazení nebo rychlost pásu. Příliš vysoké teploty mohou způsobit deformaci výrobku, a pokud jsou příliš nízké, výrobek se správně neochladí a hrozí prasknutí. V případě velkých rozdílů v tloušťce na různých místech výrobku se vždy musíme přizpůsobit té nejsilnější části. Pokud nastane situace, že jsou na pás umístěny rozdílné výrobky, přizpůsobíme rychlost pásu výrobkům, které potřebují nejdelší dobu na ochlazení. Nemá smysl ochlazovat výrobky s velmi silnými stěnami v pásových chladicích pecích. Také hraje roli otevřenost nebo uzavřenost výrobku. (celá mísa bez hlavice, úzké vázy s hlavicí…). Čím je výrobek otevřenější, tím je snazší kontakt s teplem, což způsobuje rychlejší chlazení, a opačně. Pokud chceme zvýšit rychlost pásu, musíme se vždy ujistit, že výrobky jsou udržovány při nejvyšší chladicí teplotě dostatečně dlouho navzdory rychlosti, navíc první fáze ochlazování musí být dostatečně dlouhá.
18
Vedoucí, který přizpůsobuje rychlost pásu podle rychlosti výroby a druhu výrobku, je zodpovědný za nastavení teplotního režimu v chladicí peci. Pokud nastane změna ve složení skla, instrukce pro nový režim jsou stanoveny technologem, který určí vhodnou teplotu podle složení skla.
5.2
Kontrola chladicího procesu
Sílu vnitřního pnutí ve skleněném výrobku je možné změřit použitím polariskopu a polarizovaného světla. Výrobek, který je správně vychlazen a nemá žádné pnutí, nemá žádné zabarvení. (někdy se mohou vyskytovat teplé barvy – hnědá a červená v silnějších částech výrobku, nezpůsobují však praskání). Výrobek, který má pnutí, je pod polarizovaným světlem zabarven studenými barvami (modrá, zelená). ● dobrým ukazatelem pnutí také může být nalezení místa lomu ve výrobku. Pokud většina výrobků praská v nejsilnější části nebo v přechodových místech rozdílných tloušťek, příčinou toho je nesprávné chlazení. ● pokud výrobky praskají pouze v tenkých místech a celý výrobek nemá viditelné pnutí pod polariskopem, musíme hledat příčinu praskliny před vstupem výrobku do chladicí pece. Často může být prasklina způsobena zchlazováním výrobku před tím, než vstoupí do chladicí pece, nebo opakovanými změnami teploty ve fázi opracovávání. Příklad: u výrobků zpracovaných ve vakuovém naběrači se prasklina často vytvoří na vrchní části výrobku. To je způsobeno píšťalami, které jsou po ukončení výroby stříkány vodou, aby došlo k odražení výrobku, to způsobí mikroskopické prasklinky na vrchu skla a později způsobí prasknutí. V případě odrážení poklepem obvykle k těmto trhlinám nedochází. Píšťaly se šroubovým závitem takovéto trhliny obvykle nezpůsobují. Příklad: džbány a výrobky s dodatečnými potahy na základně jsou také problematické. Tam, kde dochází k dotyku studených a horkých povrchů, se vytváří pnutí, které způsobuje trhliny. Všechny tyto výrobky jsou ještě citlivější na rychlost chlazení. Pokud se nacházejí praskliny na většině výrobků, musíme okamžitě zkontrolovat nastavenou teplotu v chladicí peci a chladicí pec samotnou. V případě praskání menšího množství výrobků je nutné zhodnotit, jakým způsobem došlo k nesprávnému pnutí.
19
6 KONTROLA KVALITY 6.1 Definice kvality Rozdílné zdroje definují pojem kvalita rozdílnými způsoby. Jednou z více praktických definic je:„v souladu s požadavky˝. Vzhledem k tomu, že skleněné výrobky jsou převážně vyráběny ručně, je těžké určit tyto konkrétní požadavky. Z toho důvodu, když mluvíme o kvalitě výrobku, vždy ji definujeme jako: „nejvyšší možná“. Podle ISO 9001 normy: Kvalita je stupeň, na kterém celkové vlastnosti produktu splňují požadavky na kvalitu. Požadavek je potřeba nebo očekávání spotřebitelů. Požadavky jsou stanoveny všeobecně a jsou samozřejmé (například: je samozřejmostí, že výrobky na uchovávání tekutin nesmí protékat) nebo jsou povinné. Povinné požadavky musí být jasně dány (rozměry, vzhled výrobků, atd.) a musí být pracovníkům (výroba) formulovány srozumitelným způsobem. Musí být kontrolovány během výroby (kontrola v polovině procesu) a na konci (konečná kontrola). Všechny výrobky, které nevyhovují požadavkům, musí být odstraněny. Charakteristika je typický rys, který definuje každý výrobek, a může být kontrolována.
6.2 Charakteristiky Kvalita našich výrobků je určována následujícími vlastnostmi: 1. Kvalita skla: určujeme ji barvou skla, množstvím a velikostí bublin a kamínků, „šlír“. 2. Tvar a rozměry výrobku 3. Vzor na výrobku (ve struktuře, pískováním, broušením, malováním): rozvržení, rozměry vzoru (šířka, výška, úhel broušení), kompozice vzoru 4. Funkčnost výrobku 5. Povrch výrobku 6. Vybavení výrobku Tyto požadavky musí být jednoznačně definovány pro každou vlastnost. Cokoliv se liší od daných požadavků, je považováno za vadné a poukazuje na to, že výrobek není vhodný pro zákazníka – a proto je vyřazen. Níže jsou uvedeny a popsány typické vlastnosti a následné vady, vyskytující se ve sklářském odvětví, jako je naše.
20
6.2.1 Kvalita skla Během procesu tavení a tvarování skla (příprava směsi, přeprava, tavení, tvarování za tepla) se mohou ve skle objevit různé vady. Kvalita skla je definována maximálním povoleným počtem vad a jejich velikostí. Vady, které se mohu vyskytnout, jsou: kamínky, bubliny a šlíry.
Kamínky Jsou pevné, světlé skvrny ve výrobku, obvykle jsou způsobené nehomogenitou během přípravy směsi (bílé skvrny), krystalizací během tavicího procesu (skelně vypadající skvrny), rozpadem žáruvzdorných materiálů, ze kterých je konstruována pec (bílé, hnědé a červené skvrny) nebo proniknutím osy míchadla do skloviny na pracovišti (tmavé skvrny). K těmto vadám dochází jednotlivě u některých výrobků, pokud se to ale týká neroztavené směsi skla, objeví se kamínky, coby malé skvrny, ve všech pracovních stanicích a ve všech výrobcích obvykle spolu s malými bublinami a šlírami. Kamínek nebo inkluze jiného materiálu do skla se také může vyskytnout jako následek nesprávného postupu. Jsou tmavé nebo černé barvy a jsou způsobeny kovovými úlomky, jejichž zdrojem může být: ● rez ze sklářské píšťaly ● nevhodný materiál píšťaly ● rezivění návarku píšťaly pro vakuové naběrače (mohou se objevit teprve po vyleštění) ● světlé kamínky mohou být výsledkem přilepení úlomků skla na výrobek. Bubliny Bubliny, které jsou obvykle malé a rozptýlené v celém výrobku, jsou považovány za vady ve skle. Mohou být možným výsledkem nesprávného tavení skloviny a nepřesné práce, v tom případě se bubliny objeví ve stejnou dobu a ve všech výrobcích, nebo vzniknou jako reakce na to, že míchadla na pracovišti jsou příliš stará nebo příliš rychlá, nebo jako následkem tak zvaného sekundárního čeření. Bubliny jsou považovány za vadu, pokud jsou větší než 1mm, rozptýleny místně nebo v uskupení v určité oblasti výrobku.
21
Šlíry Jeví se jako linky nebo místa ve skle s jiným úhlem lomu než okolní sklo. Jsou považovány za vady ve skle a mohou vzniknout v případě: ● nové pece – reakcí nové pece mezi sklem a žáruvzdornými materiály pece (také u starých pecí) ● chyby při přípravě směsi ● nesprávný teplotní režim tavení ● náhlé zvýšení odběru ● nepravidelnost odběru Šlíry se mohou objevit jako výsledek pracovní chyby následkem: ● nahromadění na starém vychladlém sklu ● nahromadění na kraji pracovního místa ● nesprávné pozice šamotového kroužku v pánvi nebo ● špinavé hladiny skla v pánvi Posledně zmiňované se liší od toho, co je považováno za vadu tím, že se vyskytuje pouze na některých pracovních stanicích a ne na celé peci nebo na jedné pracovní stanici za všech podmínek. Šlíry vznikají v pánvi a na pracovním místě vždy, je možno se jim ale vyhnout správným nabíráním.
Barva Barva je porovnávána s normami. Sklo může být zabarveno přítomností oxidů kovu, které se nacházejí v surovinách, střepech nebo se dostanou do pece později (kapky nejrůznějších kovových částeček se dostanou do pece z indikátoru hladiny, atd.). Obvykle zabarví sklo do zelena nebo modra.
22
Chyby při chlazení Během tvarování za horka dochází k pnutí v celém výrobku. Může způsobit poškození výrobku, který je v chladicí peci, pozdější poškození v průběhu broušení a leštění nebo i při používání výrobku. Proto je velmi důležité, aby byly výrobky náležitě chlazeny a denně docházelo k jejich monitorování. Chlazení pro odstranění pnutí je možné měřit pomocí polarizovaného světla v polariskopu. Měření je prováděno denně a to tak, že se vyjme jeden vzorek z každé chladicí pece a zkoumá se pod polariskopem. Jako zvláštní testování a testování barevných výrobků je v laboratoři prováděn test nárazem.
6.2.2 Tvar a rozměry výrobku Tvar a rozměry výrobku jsou velmi důležité charakteristiky a tvoří základ pro výrobu výrobku. Musí být přesně vymezeny. Při produkci skla jsou rozměry určeny v nákresech výrobku. Rozměry musí být v nákresu jasně označeny. Samozřejmě že se liší v závislosti na druhu výrobku: výška, horní průměr, dolní průměr, průměr desky, tloušťka stonku, tloušťka hran, tloušťka stěn, atd. Předpokládá se, že výrobek splňuje požadavky, pokud se nachází v toleranci rozměrů. Příklad: Výška výrobku na nákresu je 187 ± 2 mm. Výrobek může být 185 až 189 mm vysoký. Všechny míry pod a nad tímto limitem nejsou v souladu s požadavky a musí být vyřazeny. Ve sklářském průmyslu je dalším důležitým rozměrem váha výrobku. Specifikovaná tolerance váhy při ruční výrobě je ± 15% střední hmotnosti a u strojové výroby je to ± 10% střední hmotnosti. V zájmu předcházení nutného vyřazování velkého množství výrobků je nanejvýš důležité, aby byly rozměry kontrolovány během horké fáze výroby.
23
24
